KR100451340B1 - High-Tc Superconducting Fault Current Limiter of DC-Reactor Type By the Flux-Lock Model - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자속구속 모델을 이용한 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한장치에 관한 것이다. 본 발명을 이용하여 기존의 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한장치에서 문제점으로 지적되고 있는 리액터로써 동작할 고온초전도 선재제작의 어려움을 해결하며, 기존의 고온초전도 소자의치를 이용한 DC-초전도/상전도천이타입 고온초전도 전류제한기를 구성하고 있는 고온초전도 소자가 갖는 임계특성의 한계를 극복할수 있는 자속구속 모델을 적용한 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한장치로써, 박막 또는 벌크형태로 제작된 고온초전도 소자를 이용하여 소자가 갖는 임계전류보다 큰 사고전류에서치 발생이 가능하여 단락용량이 증가될 수 있는 장점을 가진 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a DC-reactor type high temperature superconducting current limiting device using a flux restraint model. By using the present invention solves the difficulty of manufacturing a high-temperature superconducting wire to operate as a reactor that has been pointed out as a problem in the conventional DC-reactor type high-temperature superconducting current limiting device, DC-reactor type high-temperature superconducting current limiting device applying magnetic flux confinement model that overcomes the limitation of critical characteristics of high-temperature superconducting elements that constitute DC-superconducting / phase-conducting transition type high-temperature superconducting current limiter. By using the high temperature superconducting device manufactured in the form of a fault current larger than the critical current of the device Can be generated so that the short-circuit capacity can be increased.
본 발명은 기존의 DC-리액터 타입 또는 DC-초전도/상전도 천이타입 고온초전도 전류제한장치의 고온초전도 선재 또는 고온초전도 소자대신에 고온초전도 소자로 구성된 자속구속 모델로 대체한 구조, 이때 사고와 동시에 자속구속 모델의 3차 권선에 흐르게 되는 전류의 크기를 제어함으로써 기존의 DC-리액터 타입 또는 DC-초전도/상전도 천이타입에서는 구현할 수 없었던 한류임피던스 크기, 즉 인덕턴스의 크기를 제어할 수 있는 장점, 한 개의 고온초전도 소자로 구성된 자속구속 모델을 가지고 3상 계통 보호를 위한 전류제한기에 적용할 수 있는 유용성을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a structure that is replaced with a high-temperature superconducting wire or a high-temperature superconducting element instead of a high-temperature superconducting element of a conventional DC-reactor type or DC-superconducting / phase conduction transition type high temperature superconducting current limiting device. By controlling the magnitude of the current flowing through the tertiary winding of the flux-limited model, it is possible to control the magnitude of the current-limit impedance, that is, the inductance, which could not be realized in the conventional DC-reactor type or DC-superconducting / phase conduction transition type. It has a magnetic flux constrained model consisting of a single high temperature superconducting element, and it is useful to apply to the current limiter for three-phase system protection.
Description
본 발명은 자속구속 모델을 이용한 DC-리액터타입 고온초전도 전류제한장치에 관한 것이다.The present invention relates to a DC-reactor type high temperature superconducting current limiting device using a flux restraint model.
고온초전도 코일을 이용하는 기존의 DC 리액터 타입 사고전류제한기(FCL, Fault Current Limiter)는 초전도체의 상전이를 발생시키지 않는 무치형(Non_Quench Type)으로, 초전도코일의 인덕턴스를 이용하여 사고전류를 제한할 수 있어 반복동작에 따른 초전도체의 성능저하를 방지할 수 있을 뿐 아니라 사고제거에 따른 초전도상태로의 복귀특성이 필요치 않은 장점으로 고온초전도 선재를 이용한 응용분야에 큰 관심의 대상이 되고 있다. 그러나치를 발생시키지 않는 무치형의 DC 리액터 타입 전류제한기는 대전류 수용을 위한 큰 값의 인덕턴스를 갖는 고온초전도 선재제작이 선행되어야 하는데, 이를 위해서는 고전압 및 대전류에 대한 대책과 이에 따른 높은 경비상승 등이 해결해야 할 문제점으로 지적되고 있다. 이러한 기존의 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한 장치의 문제를 해결하기 위해서 구성요소인 고온초전도 코일을 제작이 간편한 고온초전도 벌크 또는 박막으로 대체할 수 있는 DC-초전도/상전도 천이타입 고온초전도 전류제한기가 개발되었으나 벌크 또는 박막형태로 제작한 고온초전도체가 갖는 재료적인 임계특성의 한계로 단락용량을 증가시키는데 어려움이 있어 왔다.Conventional DC reactor type fault current limiter (FCL) using high temperature superconducting coils does not cause phase transition of superconductor. Non-Quench Type, which can limit the fault current by using the inductance of the superconducting coil, which can prevent the performance deterioration of the superconductor due to repetitive operation, and does not require the return characteristic to the superconducting state due to the accident elimination As a result, it has been of great interest in applications using high temperature superconducting wires. But No teeth Tooth type DC reactor type current limiter should be preceded by the manufacture of high temperature superconducting wires with large value inductance for accommodating large currents. To this end, countermeasures for high voltage and large currents and high cost increase are pointed out as problems to be solved. have. In order to solve the problem of the existing DC-reactor type high temperature superconducting current limiting device, the DC-superconducting / phase conduction transition type high temperature superconducting current limiting which can replace the high temperature superconducting coil which is a component with high temperature superconducting bulk or thin film which is easy to manufacture Although the group has been developed, it has been difficult to increase the short-circuit capacity due to the limitation of the material critical characteristics of the high temperature superconductor manufactured in bulk or thin film form.
1, 2차 권선과 동일코어에 결선된 3차 권선에 연결된 자계인가 코일에, 사고와 동시에 고온초전도 소자로 임계자계보다 큰 자계를 인가함으로써 상전도상태로 천이된 소자의 저항값을 더욱 증가시킴으로써 사고전류를 보다 크게 제한할 수 있는 자속구속 모델은 기존의 고온초전도소자 단독으로 동작되는 저항형에 비해 한류용량을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라 1차, 2차 권선의 자기인덕턴스(L1, L2)를 조절함으로써 소자의 임계전류(Iq)보다 큰 사고전류에서 사고전류제한 동작이 일어나는 시점을 조절할 수 있는 구조를 갖는다. 또한 사고와 동시에 자계인가 코일에 도통되는 전류크기를 제어함으로써 고온초전도 소자에 인가되는 자계의 크기를 조절할 경우, 사고시 한류임피던스 크기를 조절할 수 있어 사고전류 크기를 조절할 수 있는 특징을 갖는다.By increasing the resistance value of the device transitioned to the phase conduction state by applying a magnetic field larger than the critical magnetic field to the high temperature superconducting element at the same time as the accident, to the magnetic field applying coil connected to the primary and secondary windings and the tertiary winding connected to the same core The magnetic flux restraint model that can further limit the fault current not only increases the current limiting capacity, but also increases the magnetic inductance of the primary and secondary windings (L 1 , L 2). ), It is possible to adjust the time when the fault current limiting operation occurs at the fault current larger than the critical current (I q ) of the device. In addition, when the magnitude of the magnetic field applied to the high temperature superconducting element is controlled by controlling the magnitude of the current applied to the magnetic field applying coil at the same time as the accident, the magnitude of the fault current impedance can be adjusted in the event of an accident, thereby controlling the magnitude of the accident current.
따라서, 기존의 DC 리액터 타입 또는 DC 초전도/상전도 천이 타입 고온초전도 전류제한기의 구성요소인 고온초전도 코일 또는 고온초전도 벌크( 또는 박막 )를 자속구속 모델로 대치할 경우, 큰 인덕턴스를 갖는 선재제작에 따른 어려움을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 벌크 또는 박막형태로 제작한 고온초전도소자가 갖는 임계특성의 한계를 극복할 수 있으며, 고온초전도 자속구속 모델에 설치된 자계인가 코일에 흐르는 전류크기를 제어함에 따라 한류임피던스 조절이 가능한 DC 리액터 타입 고온초전도 전류제한기를 본 발명에서 제시하고자 한다.Therefore, when replacing the high temperature superconducting coil or high temperature superconducting bulk (or thin film), which is a component of the existing DC reactor type or DC superconducting / phase conduction type high temperature superconducting current limiter, a wire rod having a large inductance is produced. It is possible to solve the difficulties caused by the high temperature superconducting element manufactured in bulk or thin film form, and to overcome the limitations of the critical characteristics, and to control the current flow through the magnetic field applied coil installed in the high temperature superconducting flux confinement model. DC reactor type high temperature superconducting current limiter capable of controlling impedance is proposed in the present invention.
[도 1]은 기존의 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기 구조.1 is a conventional DC-reactor type high temperature superconducting current limiter structure.
[도 2]는 기존의 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기의 사고발생과 사고제거에 따른 부하전압(Vload), 전원전류(IIn) 및 코일전류(Ib).2 is a load voltage (V load ), power current (I In ) and coil current (I b ) according to the occurrence and occurrence of accidents of the conventional DC-reactor type high temperature superconducting current limiter.
[도 3]은 기존의 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기의 부하변동( 20[Ω] →10[Ω] → 20[Ω] )에 따른 부하전압(Vload) 및 전원전류(IIn) 및 코일전류(Ib).3 is a load voltage (V load ) and power current (I In ) according to the load variation (20 [Ω] → 10 [Ω] → 20 [Ω]) of the conventional DC-reactor type high temperature superconducting current limiter. And coil current I b .
[도 4]는 기존의 DC-초전도/상전도 천이타입 고온초전도 전류제한기 구조[도 5]는 본 발명에서 제안한 기존의 DC-리액터타입 또는 DC-초전도/상전도 천이타입 고온초전도 전류제한기(도 1, 4 참조)를 구성하고 있는 고온초전도 코일또는 소자를 자속구속 모델로 대체한, 자속구속 모델을 이용한 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기 구조.4 is a structure of the conventional DC-superconducting / phase conduction transition type high temperature superconducting current limiter [FIG. 5] is a conventional DC-reactor type or DC-superconducting / phase conduction transition type high temperature superconducting current limiter DC-reactor type high temperature superconducting current limiter structure using the magnetic flux confinement model which replaced the high temperature superconducting coil or element which comprises (refer FIG. 1, 4).
[도 6]은 1, 2, 3차 권선이 자기적으로 결합된 자속구속모델의 전기등가회로.[도 7]은 [도 6]의 등가회로로부터 유도한 자속구속 모델의 1차, 2차 권선의 인덕턴스 비(L2/L1)에 따른 사고초기전류(IIni)와 소자 임계전류(Iq)비의 관계를 보여주는 곡선.[도 8]은 본 발명에서 제안한 자속구속 모델을 이용한 DC-리액터 타입 고온 초전도 전류제한기의 사고발생과 사고제거에 따른 전원전류(IIn), 브리지출력단 전류(Ib), 1차 권선과 2차, 3차 권선에 도통되는 전류(I1, I2, I3)파형.FIG. 6 is an electric equivalent circuit of a magnetic flux control model in which primary, secondary and tertiary windings are magnetically coupled. FIG. 7 is a primary, secondary of a magnetic flux control model derived from an equivalent circuit of FIG. 6. Curve showing the relationship between the fault initial current (I Ini ) and the device critical current (I q ) ratio according to the inductance ratio (L 2 / L 1 ) of the winding. [Fig. 8] is a DC using the flux restraint model proposed in the present invention. Reactor-type high-temperature superconducting current limiter current (I In ), bridge output stage current (I b ), current conducted to primary and secondary and tertiary windings (I 1 , I) 2 , I 3 ) waveform.
[도 9]는 도 5에서 도시한 3차 권선과 자계인가코일사이에 연결되어 사고시 자계인가코일에 도통되는 전류크기를 조절할 수 있는 전력용 스위치로 구성이 가능한 전력변환 회로를 포함하는 자속구속 모델을 이용한 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기 구조.[도 10]은 삼상 계통에 적용하기 위한, 자속구속 모델을 이용한 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기 구조.FIG. 9 is a magnetic flux constrained model including a power conversion circuit connected between the tertiary winding and the magnetic field applying coil shown in FIG. 5 and configured as a power switch capable of adjusting a current magnitude conducted to the magnetic field applying coil in case of an accident DC-reactor type high-temperature superconducting current limiter structure using. [Fig. 10] is a DC-reactor type high-temperature superconducting current limiter structure using a flux-restriction model for three-phase system.
〈 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명 〉<Brief description of the main parts of the drawing>
T1, T2 : 위상제어브리지회로를 구성하는 사이리스터T1, T2: Thyristors constituting the phase control bridge circuit
D1, D2 : 위상제어브리지회로를 구성하는 다이오드D1, D2: Diode constituting the phase control bridge circuit
Vs: 전원전압V s : Power supply voltage
IIn: 전원전류(=선로전류)I In : Power current (= line current)
Ib: 위상제어 브리지회로의 출력전류( = 코일전류 )I b : Output current of the phase control bridge circuit (= coil current)
LCoil: 고온초전도코일의 인덕턴스값L Coil : Inductance value of high temperature superconducting coil
Vload: 부하전압VDC: DC 전압원V load : Load voltage V DC : DC voltage source
V1 : 자속구속 모델의 1차 전압V1: Primary voltage of magnetic flux constrained model
V2 : 자속구속 모델의 2차 전압V2: Secondary Voltage of Magnetic Flux Restraint Model
V3 : 자속구속 모델의 3차 전압V3: 3rd voltage of the magnetic flux control model
Vsc: 고온초전도 소자의 양단전압V sc : Voltage at both ends of high temperature superconducting element
I1 : 자속구속 모델의 1차 권선에 흐르는 전류I1: Current flowing in the primary winding of the flux confinement model
I2 : 자속구속 모델의 2차 권선에 흐르는 전류I2: Current flowing in the secondary winding of the flux confinement model
I3 : 자속구속 모델의 3차 권선에 흐르는 전류I3: Current flowing in the tertiary winding of the flux-limited model
Iq: 고온초전도 소자의 임계전류I q : Critical current of high temperature superconducting element
IIni: 사고발생후 고온초전도 소자를 도통하는 전류가 임계전류를 초과하는 시점에서 전류제한이 이루어지는 선로전류 크기L1 : 1차 권선의 자기인덕턴스L2 : 2차 권선의 자기인덕턴스I Ini : The line current magnitude at which the current limit is applied when the current that conducts the high-temperature superconducting element after the accident exceeds the threshold current L1: Magnetic inductance of the primary winding L2: Magnetic inductance of the secondary winding
R3 : 자계인가 코일을 포함한 3차 권선 삽입저항R3: Third winding insertion resistance including magnetic field applying coil
G1～G6 : GTO 사이리스터G1 to G6: GTO thyristor
본 발명에 의한 자속구속 모델을 이용한 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한장치의 구성은 다음과 같다. 즉 교류전원과 부하에 연결되는 사이리스터(T1, T2)와 다이오드(D1, D2)로 구성되는 위상제어브리지와,The structure of the DC-reactor type high temperature superconducting current limiting device using the flux confinement model according to the present invention is as follows. That is, the phase control bridge comprising thyristors (T1, T2) and diodes (D1, D2) connected to the AC power and the load,
상기 위상제어브리지 출력단에 연결되며 철심코어와 이에 결선된 1차 권선과,A primary winding connected to an output terminal of the phase control bridge and connected thereto;
상기 철심코어에 공유되어 권선되며 1차 권선과 병렬로 감극성으로 연결되는 2차 권선과,A secondary winding shared with the core core and wound in parallel with the primary winding in a polarity;
상기 2차 권선과 직렬로 연결되는 고온초전도 소자와,A high temperature superconducting element connected in series with the secondary winding,
상기 1차 및 2차 권선이 권선된 동일코어에 설치되는 별도의 3차 권선과,A separate tertiary winding installed on the same core wound with the primary and secondary windings,
이때, 사고시 2차 권선에 연결된 고온초전도 소자에 자계를 인가하기 위해, 상기 고온초전도 소자를 내부에 통과되도록 공심형으로 결선되며 상기 3차 권선에 직렬 연결되는 자계인가 코일과,At this time, in order to apply a magnetic field to the high temperature superconducting element connected to the secondary winding in case of accident, the magnetic field applying coil is connected in a concentric manner so as to pass through the high temperature superconducting element therein and connected in series with the third winding,
상기 3차 권선에 삽입될 수 있으며 사고시 3차 권선에 도통되는 전류크기를 조절하기 위해 상기 3차 권선에 삽입될 수 있는 직렬저항과,A series resistor that may be inserted into the tertiary winding and inserted into the tertiary winding to adjust the magnitude of current that is conducted to the tertiary winding in case of an accident;
상기 자계인가 코일를 포함한 고온초전도 소자를 냉각시키기 위한 냉각장치와,A cooling device for cooling the high temperature superconducting element including the magnetic field applying coil,
그밖에, 상기 3차 권선과 상기 자계인가코일사이에 연결되어 사고시 자계인가코일에 도통되는 전류크기를 조절할 수 있는 전력용 스위치로 구성된 전력변환 회로를 포함하여 구성될 수 있는 구조를 갖는다.In addition, it has a structure that can be configured to include a power conversion circuit consisting of a power switch that is connected between the tertiary winding and the magnetic field applying coil to adjust the magnitude of the current is conducted to the magnetic field applying coil in the event of an accident.
첨부한 도면들을 참조한 본 발명의 상세 설명은 다음과 같다.Detailed description of the invention with reference to the accompanying drawings is as follows.
[도 1]은 기존의 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기가 갖는 문제점인 DC바이어스 전원을 제거하기 위해 사이리스터(T1, T2)와 다이오드(D1, D2)로 구성된 하이브리드 브리지형태를 갖는 변형된 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기 구조로서, 평상시에 선로전류의 양의 반주기동안은 T1과 D2을 통해 흐르게 되고 음의 반주기동안은 T2와 D1을 통해 도통하게 된다. 사고가 발생할 경우 고온초전도 코일로 구성된 인덕터에 의해 전류제한이 이루어지게 되며 사고가 지속되어 설정된 전류이상을 넘게 될 경우, 사이리스터의 게이트 트리거신호를 제거함으로서 사고로부터 전력공급을 중단시킬 수 있는 특징이 있다.Figure 1 is a modified DC- having a hybrid bridge form consisting of thyristors (T1, T2) and diodes (D1, D2) to remove the DC bias power source, which is a problem of the conventional DC-reactor type high temperature superconducting current limiter A reactor type high temperature superconducting current limiter structure, which normally flows through T1 and D2 during the positive half cycle of the line current and conducts through T2 and D1 during the negative half cycle. In case of an accident, current limit is made by an inductor composed of high temperature superconducting coil, and when the accident continues to exceed the set current, it is possible to stop the power supply from the accident by removing the gate trigger signal of the thyristor. .
[도 2]는 기존의 변형된 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기의 동작특성을 조사하기 위해 0.533[s]시간에 사고가 발생한 후 8주기후인 0.666[s]시간에 사고가 제거된 경우의 부하전압(Vload), 전원전류(IIn) 및 코일전류(Ib)파형으로써 사고기간동안에 전원전류는 코일에 도통되는 전류로 인해 급격히 증가되지 않고 서서히 증가되는 것을 볼 수 있다. 사고가 제거된 경우엔 고온초전도 코일에 도통되는 전류는 사고가 제거되기 전의 전류를 유지하고 있는 것을 확인할 수 있는데 이는 [도 1]에는 나타내지 않았지만 고온초전도 코일에 환류다이오드와 환류저항을 삽입함으로써 사고전의 크기로 감소시킬 수 있다.[Figure 2] is a case where the accident was removed at 0.666 [s] time after 8 cycles after the accident occurred at 0.533 [s] time to investigate the operation characteristics of the conventional modified DC-reactor type high temperature superconducting current limiter. As the load voltage (V load ), power supply current (I In ) and coil current (I b ) waveform, it can be seen that during the accident period, the power supply current does not increase rapidly due to the current conducted to the coil but gradually increases. When the accident is eliminated, it can be confirmed that the current conducted to the high temperature superconducting coil maintains the current before the accident is eliminated. However, although it is not shown in FIG. 1, the reflux diode and the reflux resistance are inserted into the high temperature superconducting coil before the accident. Can be reduced in size.
[도 3]은 기존의 변형된 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기의 부하변동( 20[Ω] → 10[Ω] → 20[Ω] )에 따른 부하전압(Vload), 전원전류(IIn) 및 코일전류(Ib)파형으로서 부하가 증가된 경우 코일전류도 증가되어 선로전류도 증가함을 볼 수 있다. 마찬가지로 부하가 감소된 경우, 선로전류는 감소되며 이때 코일전류는 [도 2]에서 언급한 사고 제거시와 마찬가지로 환류다이오드와 환류저항을 삽입할 경우, 부하가 증가되기 전의 크기로 감소시킬 수 있다.3 is the load voltage (V load ) according to the load variation (20 [Ω] → 10 [Ω] → 20 [Ω]) of the conventional modified DC-reactor type high temperature superconducting current limiter, and the power current I In ) and coil current (I b ) as the waveform increases the coil current also increases the line current when the load is increased. Similarly, when the load is reduced, the line current is reduced and the coil current can be reduced to the size before the load is increased by inserting the reflux diode and the reflux resistor as in the case of the accident removal mentioned in FIG.
[도 4]는 기존의 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기의 고온초전도 코일대신에 제작이 용이한 고온초전도 소자를 이용한 DC-초전도/상전도 천이타입 고온초전도 전류제한기 구조로써 사고가 발생되어 고온초전도 소자의 임계전류를 넘게 될 경우, 소자의 저항발생으로 사고전류가 제한되며 동시에 소자의 저항발생으로 사이리스터 스위치에 역방향 전압이 인가됨으로써 자동적으로 사이리스터가 오프되어 사고발생시 전력공급을 중단시킬 수 있는 특징이 있다.[도 5]는 본 발명에서 제안한 기존의 DC-리액터타입 또는 DC-초전도/상전도 천이 타입 고온초전도 전류제한기(도 1 , 4 참조)를 구성하고 있는 고온초전도 코일(HTSC Coil, High Temperature Superconducting Coil) 또는 고온초전도 소자를 자속구속 모델로 대체한, 자속구속 모델을 이용한 DC-리액터타입 고온초전도 전류제한기 구조로써, 사고시 발생되는 자속구속 모델의 한류임피던스로 인해 사고전류를 제한하게 되며 기존의 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기를 구성하는 고온초전도 코일제작에 따른 비용상승 등의 문제와 기존의 DC-초전도/상전도 천이 타입 전류제한기를 구성하는 초전도 소자의 임계특성의 한계를 극복, 단락용량을 증가시킬 수 있는 특징이 있다.[도 6]은 도 5에서 나타낸 1, 2, 3차 권선이 서로 자기적으로 결합되어 있는 자속구속 모델의 전기등가회로를 보여주며 등가회로로부터 사고초기에 고온초전도 소자를 도통하는 전류(I2)가 소자의 임계전류(Iq)를 초과하는 시점에서 전류제한이 이루어지는 초기선로전류(IIni)는 식 (1)과 같이 유도할 수 있다.[도 7]은 상기 식 (1)로부터 1차, 2차 권선의 인덕턴스 비(L2/L1)에 따른 초기사고전류(IIni)와 소자 임계전류(Iq)비의 관계를 보여주는 곡선으로, 소자가 갖는 임계전류보다 큰 값에서 사고전류제한 동작이 이루어짐을 확인할 수 있다. 즉, 사고발생시 고온초전도 소자를 도통하는 전류가 임계전류를 초과하는 시점에서 전류제한동작이 시작되는 선로전류의 크기를 1차, 2차 권선의 인덕턴스 비에 따라 조절할 수 있음을 의미하며, 사고초기 전류제한 시점을 조절할 수 있음을 보여준다.4 is a DC-superconducting / phase conduction transition type high-temperature superconducting current limiter structure using a high-temperature superconducting element that is easy to manufacture in place of the high-temperature superconducting coil of the conventional DC-reactor type high-temperature superconducting current limiter. In case of exceeding the critical current of high-temperature superconducting element, the fault current is limited by the resistance of the device and at the same time, the reverse voltage is applied to the thyristor switch due to the resistance of the device, and the thyristor is automatically turned off to stop the power supply in the event of an accident. 5 is a high-temperature superconducting coil (HTSC Coil) constituting a conventional DC-reactor type or a DC-superconducting / phase-conducting transition type high-temperature superconducting current limiter (see FIGS. 1 and 4) proposed by the present invention. , High temperature superconducting coil) or DC-reactor type high temperature candle using magnetic flux confinement model that replaced high temperature superconducting element with magnetic flux confinement model As the conduction current limiter structure, the fault current is limited due to the current-limit impedance of the magnetic flux-constrained model generated during an accident, and the problems such as the cost increase due to the manufacture of the high-temperature superconducting coil constituting the existing DC-reactor type high-temperature superconducting current limiter and the existing The short-circuit capacity can be increased by overcoming the limitations of the critical characteristics of the superconducting elements constituting the DC-superconducting / phase conduction transition type current limiter of FIG. 6. It shows the electric equivalent circuit of the flux restraint model in which the windings are magnetically coupled to each other. When the current I 2 conducting the high temperature superconducting element from the equivalent circuit early in the accident exceeds the critical current I q of the element. The initial line current I Ini at which the current limit is made can be derived as shown in Equation (1). 7 is a curve showing the relationship between the initial accident current (I Ini ) and the device critical current (I q ) ratio according to the inductance ratio (L 2 / L 1 ) of the primary and secondary windings from Equation (1) As a result, the fault current limiting operation is performed at a value larger than the threshold current of the device. In other words, the line current at which the current limiting operation starts when the current conducting the high temperature superconducting element exceeds the threshold current in case of an accident can be adjusted according to the inductance ratio of the primary and secondary windings. It shows that the current limit time can be adjusted.
[도 8]은 본 발명에서 제안한 자속구속 모델을 이용한 DC-리액터 타입 고온 초전도 전류제한기의 사고발생과 사고제거에 따른 전원전류(IIn), 브리지출력단 전류(Ib), 1차 권선과 2차, 3차 권선에 도통되는 전류(I1, I2, I3)파형을 보여준다.[도 9]는 도 5에서 도시한 3차 권선과 자계인가코일사이에 연결되어 사고시 자계인가코일에 도통되는 전류크기를 조절할 수 있는 전력용 스위치로 구성이 가능한 전력변환 회로를 포함하는 자속구속 모델을 이용한 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기 구조를 보여주며, 사고시 자계인가코일에 도통되는 전류크기를 조절함으로써 인가자계로 인한 고온초전도 소자의 상전도 저항크기를 조절할 수 있으며, 이로 인해 사고전류크기를 조절할 수 있는 동작이 가능하게 된다.8 is a power supply current (I In ), bridge output stage current (I b ), the primary winding and the like according to the occurrence and occurrence of the accident of the DC-reactor type high temperature superconducting current limiter using the magnetic flux restriction model proposed in the present invention The current (I 1 , I 2 , I 3 ) waveforms conducted to the secondary and tertiary windings are shown. [FIG. 9] is connected between the tertiary winding and the magnetic field applying coil shown in FIG. DC-reactor type high temperature superconducting current limiter structure using magnetic flux constrained model including power conversion circuit that can be configured as a power switch that can control the amount of conducting current, and shows the magnitude of current conducting to magnetic field applied coil in case of accident By adjusting the phase conduction resistance of the high temperature superconducting element due to the applied magnetic field, it is possible to control the size of the accident current.
[도 10]은 삼상 계통에 적용하기 위한, 자속구속 모델을 이용한 DC-리액터 타입 고온초전도 전류제한기 구조로써, 기존의 DC-리액터 타입 또는 DC-초전도/상전도 천이 타입 고온초전도 전류제한기와 마찬가지로 3상 계통에 확장하여 적용할 수 있음을 보여준다.10 is a DC-reactor type high temperature superconducting current limiter structure using a flux-restriction model for application to a three-phase system, similar to a conventional DC-reactor type or DC-superconducting / phase conduction transition type high temperature superconducting current limiter. It is shown that it can be extended to three phase systems.
본 발명에 의하면, 기존의 DC-리액터 타입 전류제한기가 갖는 대전류 수용을 위한 고온초전도 선재제작과 고전압 및 대전류에 대한 대책 및 이에 따른 높은 경비상승 등의 문제을 해결할 수 있으며 기존의 DC-초전도/상전도 천이 타입 전류제한기를 구성하는 고온초전도 소자의 임계특성의 한계를, 소자의 임계전류(Iq)가 실제 적용하고자 하는 계통의 단락용량보다 작을 경우, 보다 큰 사고전류에서 전류제한이 이루어질 수 있는 장점을 가진 자속구속 모델을 적용함으로써 해결할 수 있음을 제안한다. 또한 사이리스터의 도통각을 제어할 수 있는 위상제어 정류회로나 스위치의 듀티비를 제어할 수 있는 컨버터회로를 동일코어에 결선된 3차 권선에 자계인가코일과 함께 적용함으로써, 사고시 한류임피던스 조절이 가능하게 된다.According to the present invention, it is possible to solve problems such as high temperature superconducting wire production and high voltage and large current measures and high cost increase according to existing DC-reactor type current limiter. the limits of the critical nature of the high temperature superconducting device constituting the transition type current limiting, if the threshold current (I q) of the element is less than the short circuit capacity of the system to be practical application, the advantages which can be current limiting in greater fault current It is proposed that this can be solved by applying the flux restraint model with. In addition, by applying a phase-controlled rectifier circuit to control the conduction angle of the thyristor or a converter circuit to control the duty ratio of the switch together with the magnetic field applying coil to the tertiary winding connected to the same core, it is possible to adjust the current-limit impedance in case of an accident Done.
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